异质纳米流体系统中的水、电荷与盐耦合传输

我们在理论上研究了在压力、电压或盐度梯度影响下的纳米流体器件的电动力学传输特性。在微观层面上，器件的行为由 Onsager 矩阵 ${\bf L}$ 量化，这是一个将局部驱动力与诱导的体积、电荷和盐通量联系起来的广义电导率矩阵。对于均匀电动力学系统，将 ${\bf L}$ 从局部推广到全局线性响应关系是平凡的，但在本手稿中，我们从 ${\bf L}$ 推导出一个同样适用于异质电动力学系统的广义电导率矩阵 ${\bf G}$。这一推广在施加盐度梯度的情况下尤为重要，因为盐度梯度必然导致异质器件。在此形式体系中，我们还可以纳入由于例如电荷调节边界条件引起的异质表面电荷，我们证明其对待通量有显著影响。Poisson-Nernst-Planck-Stokes 理论的预测与采用有限元法确定的控制方程的精确解在广泛参数下吻合良好。在确立该理论的有效性后，它提供了一种无需大量数值方法即可分析一般电动力学系统的便捷方法。作为示例，我们分析了一个反向电渗析“蓝能量”系统，并分析了表征该系统的众多参数如何影响所产生的电功率与效率。